Σας ευχαριστούμε που επισκεφθήκατε το Nature.com. Η έκδοση του προγράμματος περιήγησης που χρησιμοποιείτε έχει περιορισμένη υποστήριξη CSS. Για την καλύτερη δυνατή εμπειρία, σας συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη Λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer). Εν τω μεταξύ, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, θα αποδώσουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Το TiO2 είναι ένα ημιαγωγικό υλικό που χρησιμοποιείται για φωτοηλεκτρική μετατροπή. Για να βελτιωθεί η χρήση του φωτός, συντέθηκαν νανοσωματίδια νικελίου και θειούχου αργύρου στην επιφάνεια νανοσυρμάτων TiO2 με μια απλή μέθοδο εμβάπτισης και φωτοαναγωγής. Έχει διεξαχθεί μια σειρά μελετών της καθοδικής προστατευτικής δράσης των νανοσύνθετων Ag/NiS/TiO2 σε ανοξείδωτο χάλυβα 304 και έχουν συμπληρωθεί τα χαρακτηριστικά μορφολογίας, σύνθεσης και απορρόφησης φωτός των υλικών. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα παρασκευασμένα νανοσύνθετα Ag/NiS/TiO2 μπορούν να παρέχουν την καλύτερη καθοδική προστασία για ανοξείδωτο χάλυβα 304 όταν ο αριθμός των κύκλων εμποτισμού-καθίζησης με θειούχο νικέλιο είναι 6 και η συγκέντρωση φωτοαναγωγής νιτρικού αργύρου είναι 0,1M.
Η εφαρμογή ημιαγωγών τύπου n για την προστασία φωτοκαθόδου χρησιμοποιώντας ηλιακό φως έχει γίνει ένα καυτό θέμα τα τελευταία χρόνια. Όταν διεγείρονται από το ηλιακό φως, ηλεκτρόνια από τη ζώνη σθένους (VB) ενός ημιαγωγικού υλικού θα διεγείρονται στη ζώνη αγωγιμότητας (CB) για να δημιουργήσουν φωτογενή ηλεκτρόνια. Εάν το δυναμικό της ζώνης αγωγιμότητας του ημιαγωγού ή του νανοσύνθετου υλικού είναι πιο αρνητικό από το δυναμικό αυτο-χαράγματος του συνδεδεμένου μετάλλου, αυτά τα φωτογενή ηλεκτρόνια θα μεταφερθούν στην επιφάνεια του συνδεδεμένου μετάλλου. Η συσσώρευση ηλεκτρονίων θα οδηγήσει σε καθοδική πόλωση του μετάλλου και θα παρέχει καθοδική προστασία του σχετικού μετάλλου1,2,3,4,5,6,7. Το ημιαγωγικό υλικό θεωρείται θεωρητικά μια μη θυσιαζόμενη φωτοάνοδος, καθώς η ανοδική αντίδραση δεν υποβαθμίζει το ίδιο το ημιαγωγικό υλικό, αλλά την οξείδωση του νερού μέσω φωτογενών οπών ή προσροφημένων οργανικών ρύπων, ή την παρουσία συλλεκτών για την παγίδευση των φωτογενών οπών. Το πιο σημαντικό, το ημιαγωγικό υλικό πρέπει να έχει δυναμικό CB που είναι πιο αρνητικό από το δυναμικό διάβρωσης του προστατευόμενου μετάλλου. Μόνο τότε τα φωτοπαραγόμενα ηλεκτρόνια μπορούν να περάσουν από τη ζώνη αγωγιμότητας του ημιαγωγού στο προστατευμένο μέταλλο. Οι μελέτες φωτοχημικής αντοχής στη διάβρωση έχουν επικεντρωθεί σε ανόργανα ημιαγωγικά υλικά τύπου n με μεγάλα κενά ζώνης (3.0–3.2EV)1,2,3,4,5,6,7, τα οποία ανταποκρίνονται μόνο στην υπεριώδη ακτινοβολία (< 400 nm), μειώνοντας τη διαθεσιμότητα του φωτός. Οι μελέτες φωτοχημικής αντοχής στη διάβρωση έχουν επικεντρωθεί σε ανόργανα ημιαγωγικά υλικά τύπου n με μεγάλα κενά ζώνης (3.0–3.2EV)1,2,3,4,5,6,7, τα οποία ανταποκρίνονται μόνο στην υπεριώδη ακτινοβολία (< 400 nm), μειώνοντας τη διαθεσιμότητα του φωτός. Исследования стойкости к фотохимической коррозии были сосредоточены на неорганических полупроводниковых υλικά n-typa με ευρεία ζώνη (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7, ультрафиолетовое излучение (< 400 nm), уменьшение доступности света. Η έρευνα σχετικά με την αντοχή στη φωτοχημική διάβρωση έχει επικεντρωθεί σε ανόργανα ημιαγωγικά υλικά τύπου n με μεγάλο ενεργειακό χάσμα (3,0–3,2 EV)1,2,3,4,5,6,7 που αντιδρούν μόνο στην υπεριώδη ακτινοβολία (< 400 nm), με μειωμένη διαθεσιμότητα φωτός.光化学耐腐蚀性研究主要集中在具有宽带隙(3.0–3.2EV)1,2,3,4,5,6,7 的无机n型半导体材料上，这些材料仅对紫外光（< 400 nm）有响应，减少內的可用光 化学 耐腐 蚀性 研究 主要 在 具有 宽带隙 宽带隙 宽带隙 (3.0–3.2ev) 1,7,6,3 有 1,7,6,3 n 型 材料 上 ， 这些 材料 仅 对 (<400 nm) 有 有 有有 有 有响应，减少光的可用性。 Исследования стойкости к фотохимической коррозии во βασικές δομές με τα μη οργανικά συναισθήματά του n-typa με την ευρύχωρη ζώνη (3,0–3,2EV)1,2,3,4,5,6,7 κ.ο.κ. УФ-излучению (<400 nm). Η έρευνα σχετικά με την αντοχή στη φωτοχημική διάβρωση έχει επικεντρωθεί κυρίως σε ανόργανα ημιαγωγικά υλικά τύπου n με ευρύ ενεργειακό χάσμα (3.0–3.2EV)1,2,3,4,5,6,7 που είναι ευαίσθητα μόνο στην υπεριώδη ακτινοβολία (<400 nm).Σε απάντηση, η διαθεσιμότητα του φωτός μειώνεται.
Στον τομέα της προστασίας από τη θαλάσσια διάβρωση, η τεχνολογία φωτοηλεκτροχημικής καθοδικής προστασίας παίζει βασικό ρόλο. Το TiO2 είναι ένα ημιαγωγικό υλικό με εξαιρετική απορρόφηση υπεριώδους φωτός και φωτοκαταλυτικές ιδιότητες. Ωστόσο, λόγω του χαμηλού ρυθμού χρήσης φωτός, οι φωτογεννημένες οπές ηλεκτρονίων ανασυνδυάζονται εύκολα και δεν μπορούν να θωρακιστούν σε συνθήκες σκότους. Απαιτείται περαιτέρω έρευνα για την εύρεση μιας λογικής και εφικτής λύσης. Έχει αναφερθεί ότι πολλές μέθοδοι τροποποίησης επιφάνειας μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτίωση της φωτοευαισθησίας του TiO2, όπως η προσθήκη Fe, N και η ανάμειξη με Ni3S2, Bi2Se3, CdTe κ.λπ. Επομένως, το σύνθετο TiO2 με υλικά με υψηλή απόδοση φωτοηλεκτρικής μετατροπής χρησιμοποιείται ευρέως στον τομέα της φωτογεννημένης καθοδικής προστασίας.
Το θειούχο νικέλιο είναι ένα ημιαγωγικό υλικό με στενό ενεργειακό χάσμα μόνο 1,24 eV8,9. Όσο στενότερο είναι το ενεργειακό χάσμα, τόσο ισχυρότερη είναι η χρήση του φωτός. Αφού το θειούχο νικέλιο αναμειχθεί με την επιφάνεια του διοξειδίου του τιτανίου, ο βαθμός αξιοποίησης του φωτός μπορεί να αυξηθεί. Σε συνδυασμό με το διοξείδιο του τιτανίου, μπορεί να βελτιώσει αποτελεσματικά την απόδοση διαχωρισμού των φωτοπαραγόμενων ηλεκτρονίων και οπών. Το θειούχο νικέλιο χρησιμοποιείται ευρέως στην ηλεκτροκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου, στις μπαταρίες και στην αποσύνθεση ρύπων8,9,10. Ωστόσο, η χρήση του στην προστασία φωτοκαθόδου δεν έχει ακόμη αναφερθεί. Σε αυτή τη μελέτη, επιλέχθηκε ένα ημιαγωγικό υλικό στενού ενεργειακού χάσματος για να λυθεί το πρόβλημα της χαμηλής απόδοσης αξιοποίησης του φωτός TiO2. Νανοσωματίδια θειούχου νικελίου και αργύρου δεσμεύτηκαν στην επιφάνεια νανοσυρμάτων TiO2 με μεθόδους εμβάπτισης και φωτοαναγωγής, αντίστοιχα. Το νανοσύνθετο Ag/NiS/TiO2 βελτιώνει την απόδοση αξιοποίησης του φωτός και επεκτείνει το εύρος απορρόφησης του φωτός από την υπεριώδη περιοχή στην ορατή περιοχή. Εν τω μεταξύ, η εναπόθεση νανοσωματιδίων αργύρου δίνει στο νανοσύνθετο Ag/NiS/TiO2 εξαιρετική οπτική σταθερότητα και σταθερή καθοδική προστασία.
Αρχικά, ένα φύλλο τιτανίου πάχους 0,1 mm με καθαρότητα 99,9% κόπηκε σε μέγεθος 30 mm × 10 mm για πειράματα. Στη συνέχεια, κάθε επιφάνεια του φύλλου τιτανίου γυαλίστηκε 100 φορές με γυαλόχαρτο 2500 grit και στη συνέχεια πλύθηκε διαδοχικά με ακετόνη, απόλυτη αιθανόλη και απεσταγμένο νερό. Τοποθετήστε την πλάκα τιτανίου σε μείγμα 85 °C (υδροξείδιο του νατρίου: ανθρακικό νάτριο: νερό = 5:2:100) για 90 λεπτά, αφαιρέστε την και ξεπλύνετε με απεσταγμένο νερό. Η επιφάνεια χαράχθηκε με διάλυμα HF (HF:H2O = 1:5) για 1 λεπτό, στη συνέχεια πλύθηκε εναλλάξ με ακετόνη, αιθανόλη και απεσταγμένο νερό και τέλος ξηράνθηκε για χρήση. Νανοσύρματα διοξειδίου του τιτανίου κατασκευάστηκαν γρήγορα στην επιφάνεια του φύλλου τιτανίου με μια μονοβάθμια διαδικασία ανοδίωσης. Για την ανοδίωση, χρησιμοποιείται ένα παραδοσιακό σύστημα δύο ηλεκτροδίων, το ηλεκτρόδιο εργασίας είναι ένα φύλλο τιτανίου και το αντίθετο ηλεκτρόδιο είναι ένα ηλεκτρόδιο πλατίνας. Τοποθετήστε την πλάκα τιτανίου σε 400 ml διαλύματος NaOH 2 M με σφιγκτήρες ηλεκτροδίων. Το ρεύμα τροφοδοσίας συνεχούς ρεύματος είναι σταθερό περίπου στα 1,3 A. Η θερμοκρασία του διαλύματος διατηρήθηκε στους 80°C για 180 λεπτά κατά τη διάρκεια της συστηματικής αντίδρασης. Το φύλλο τιτανίου αφαιρέθηκε, πλύθηκε με ακετόνη και αιθανόλη, πλύθηκε με απεσταγμένο νερό και ξηράνθηκε φυσικά. Στη συνέχεια, τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε φούρνο μούφλας στους 450°C (ρυθμός θέρμανσης 5°C/min), διατηρήθηκαν σε σταθερή θερμοκρασία για 120 λεπτά και τοποθετήθηκαν σε δίσκο ξήρανσης.
Το σύνθετο υλικό θειούχου νικελίου-διοξειδίου του τιτανίου ελήφθη με μια απλή και εύκολη μέθοδο εμβάπτισης. Αρχικά, νιτρικό νικέλιο (0,03 Μ) διαλύθηκε σε αιθανόλη και διατηρήθηκε υπό μαγνητική ανάδευση για 20 λεπτά για να ληφθεί ένα αιθανολικό διάλυμα νιτρικού νικελίου. Στη συνέχεια, παρασκευάστηκε θειούχο νάτριο (0,03 Μ) με ένα μικτό διάλυμα μεθανόλης (μεθανόλη:νερό = 1:1). Στη συνέχεια, τα δισκία διοξειδίου του τιτανίου τοποθετήθηκαν στο διάλυμα που παρασκευάστηκε παραπάνω, αφαιρέθηκαν μετά από 4 λεπτά και πλύθηκαν γρήγορα με ένα μικτό διάλυμα μεθανόλης και νερού (μεθανόλη:νερό=1:1) για 1 λεπτό. Αφού στέγνωσε η επιφάνεια, τα δισκία τοποθετήθηκαν σε κλίβανο μούφλας, θερμάνθηκαν υπό κενό στους 380°C για 20 λεπτά, ψύχθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου και ξηράνθηκαν. Αριθμός κύκλων 2, 4, 6 και 8.
Νανοσωματίδια Ag τροποποίησαν νανοσύνθετα Ag/NiS/TiO2 με φωτοαναγωγή12,13. Το προκύπτον νανοσύνθετο Ag/NiS/TiO2 τοποθετήθηκε στο διάλυμα νιτρικού αργύρου που ήταν απαραίτητο για το πείραμα. Στη συνέχεια, τα δείγματα ακτινοβολήθηκαν με υπεριώδη ακτινοβολία για 30 λεπτά, οι επιφάνειές τους καθαρίστηκαν με απιονισμένο νερό και τα νανοσύνθετα Ag/NiS/TiO2 ελήφθησαν με φυσική ξήρανση. Η πειραματική διαδικασία που περιγράφεται παραπάνω φαίνεται στο Σχήμα 1.
Τα νανοσύνθετα Ag/NiS/TiO2 έχουν χαρακτηριστεί κυρίως με ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης εκπομπής πεδίου (FESEM), φασματοσκοπία ενεργειακής διασποράς (EDS), φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ (XPS) και διάχυτη ανακλαστικότητα στην υπεριώδη και ορατή περιοχή (UV-Vis). Η FESEM πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο Nova NanoSEM 450 (FEI Corporation, ΗΠΑ). Τάση επιτάχυνσης 1 kV, μέγεθος κηλίδας 2,0. Η συσκευή χρησιμοποιεί έναν αισθητήρα CBS για τη λήψη δευτερογενών και οπισθοσκεδαζόμενων ηλεκτρονίων για τοπογραφική ανάλυση. Η ηλεκτρομαγνητική πεδία (EMF) πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ένα σύστημα Oxford X-Max N50 EMF (Oxford Instruments Technology Co., Ltd.) με τάση επιτάχυνσης 15 kV και μέγεθος κηλίδας 3,0. Ποιοτική και ποσοτική ανάλυση χρησιμοποιώντας χαρακτηριστικές ακτίνες Χ. Η φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ πραγματοποιήθηκε σε φασματόμετρο Escalab 250Xi (Thermo Fisher Scientific Corporation, ΗΠΑ) που λειτουργούσε σε λειτουργία σταθερής ενέργειας με ισχύ διέγερσης 150 W και μονοχρωματική ακτινοβολία Al Kα (1486,6 eV) ως πηγή διέγερσης. Πλήρες εύρος σάρωσης 0–1600 eV, συνολική ενέργεια 50 eV, πλάτος βήματος 1,0 eV και ακάθαρτος άνθρακας (~284,8 eV) χρησιμοποιήθηκαν ως αναφορές διόρθωσης φορτίου ενέργειας σύνδεσης. Η ενέργεια διέλευσης για στενή σάρωση ήταν 20 eV με βήμα 0,05 eV. Η φασματοσκοπία διάχυτης ανάκλασης στην περιοχή UV-ορατού πραγματοποιήθηκε σε φασματόμετρο Cary 5000 (Varian, ΗΠΑ) με τυπική πλάκα θειικού βαρίου στην περιοχή σάρωσης 10–80°.
Σε αυτήν την εργασία, η σύνθεση (ποσοστό βάρους) του ανοξείδωτου χάλυβα 304 είναι 0,08 C, 1,86 Mn, 0,72 Si, 0,035 P, 0,029 s, 18,25 Cr, 8,5 Ni, και το υπόλοιπο είναι Fe. Ανοξείδωτος χάλυβας 304 10mm x 10mm x 10mm, επικαλυμμένος με εποξειδική ρητίνη με εκτεθειμένη επιφάνεια 1 cm2. Η επιφάνειά του τρίφτηκε με γυαλόχαρτο καρβιδίου του πυριτίου 2400 grit και πλύθηκε με αιθανόλη. Ο ανοξείδωτος χάλυβας στη συνέχεια υποβλήθηκε σε υπερήχους σε απιονισμένο νερό για 5 λεπτά και στη συνέχεια αποθηκεύτηκε σε φούρνο.
Στο πείραμα OCP, ανοξείδωτος χάλυβας 304 και μια φωτοάνοδος Ag/NiS/TiO2 τοποθετήθηκαν σε ένα κελί διάβρωσης και ένα κελί φωτοανόδου, αντίστοιχα (Εικ. 2). Το κελί διάβρωσης γεμίστηκε με διάλυμα NaCl 3,5% και 0,25 M Na2SO3 χύθηκε στο κελί φωτοανόδου ως παγίδα οπών. Οι δύο ηλεκτρολύτες διαχωρίστηκαν από το μείγμα χρησιμοποιώντας μια μεμβράνη ναφθόλης. Η OCP μετρήθηκε σε έναν ηλεκτροχημικό σταθμό εργασίας (P4000+, ΗΠΑ). Το ηλεκτρόδιο αναφοράς ήταν ένα κορεσμένο ηλεκτρόδιο καλομέλανος (SCE). Μια πηγή φωτός (λάμπα ξένου, PLS-SXE300C, Poisson Technologies Co., Ltd.) και μια πλάκα αποκοπής 420 τοποθετήθηκαν στην έξοδο της πηγής φωτός, επιτρέποντας στο ορατό φως να περάσει μέσα από το γυαλί χαλαζία στη φωτοάνοδο. Το ηλεκτρόδιο ανοξείδωτου χάλυβα 304 συνδέεται με τη φωτοάνοδο με ένα χάλκινο σύρμα. Πριν από το πείραμα, το ηλεκτρόδιο από ανοξείδωτο χάλυβα 304 εμποτίστηκε σε διάλυμα NaCl 3,5% για 2 ώρες για να διασφαλιστεί σταθερή κατάσταση. Στην αρχή του πειράματος, όταν το φως ανάβει και σβήνει, τα διεγερμένα ηλεκτρόνια της φωτοανόδου φτάνουν στην επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα 304 μέσω του σύρματος.
Σε πειράματα σχετικά με την πυκνότητα φωτορεύματος, οι φωτοάνοδοι 304SS και Ag/NiS/TiO2 τοποθετήθηκαν σε κυψέλες διάβρωσης και κυψέλες φωτοανόδου, αντίστοιχα (Εικ. 3). Η πυκνότητα φωτορεύματος μετρήθηκε στην ίδια διάταξη με το OCP. Για να ληφθεί η πραγματική πυκνότητα φωτορεύματος μεταξύ του ανοξείδωτου χάλυβα 304 και της φωτοανόδου, χρησιμοποιήθηκε ένα ποτενσιοστάτης ως αμπερόμετρο μηδενικής αντίστασης για τη σύνδεση του ανοξείδωτου χάλυβα 304 και της φωτοανόδου υπό μη πολωμένες συνθήκες. Για να γίνει αυτό, τα ηλεκτρόδια αναφοράς και τα αντίθετα ηλεκτρόδια στην πειραματική διάταξη βραχυκυκλώθηκαν, έτσι ώστε ο ηλεκτροχημικός σταθμός εργασίας να λειτουργήσει ως αμπερόμετρο μηδενικής αντίστασης που θα μπορούσε να μετρήσει την πραγματική πυκνότητα ρεύματος. Το ηλεκτρόδιο ανοξείδωτου χάλυβα 304 συνδέεται με τη γείωση του ηλεκτροχημικού σταθμού εργασίας και η φωτοάνοδος συνδέεται με τον σφιγκτήρα ηλεκτροδίου εργασίας. Στην αρχή του πειράματος, όταν το φως ανάβει και σβήνει, τα διεγερμένα ηλεκτρόνια της φωτοανόδου μέσω του σύρματος φτάνουν στην επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα 304. Αυτή τη στιγμή, μπορεί να παρατηρηθεί μια αλλαγή στην πυκνότητα φωτορεύματος στην επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα 304.
Για να μελετηθεί η απόδοση καθοδικής προστασίας των νανοσύνθετων υλικών σε ανοξείδωτο χάλυβα 304, ελέγχθηκαν οι αλλαγές στο δυναμικό φωτοϊονισμού του ανοξείδωτου χάλυβα 304 και των νανοσύνθετων υλικών, καθώς και οι αλλαγές στην πυκνότητα ρεύματος φωτοϊονισμού μεταξύ νανοσύνθετων υλικών και ανοξείδωτων χαλύβων 304.
Στο σχήμα 4 φαίνονται οι αλλαγές στο δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος του ανοξείδωτου χάλυβα 304 και των νανοσύνθετων υλικών υπό ορατό φως και υπό συνθήκες σκότους. Στο σχήμα 4α φαίνεται η επίδραση του χρόνου εναπόθεσης NiS με εμβάπτιση στο δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος και το σχήμα 4β δείχνει την επίδραση της συγκέντρωσης νιτρικού αργύρου στο δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος κατά τη φωτοαναγωγή. Στο σχήμα 4α φαίνεται ότι το δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος του νανοσύνθετου υλικού NiS/TiO2 που είναι συνδεδεμένο με ανοξείδωτο χάλυβα 304 μειώνεται σημαντικά τη στιγμή που ανάβει η λάμπα σε σύγκριση με το σύνθετο σουλφίδιο του νικελίου. Επιπλέον, το δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος είναι πιο αρνητικό από αυτό των καθαρών νανοσυρμάτων TiO2, υποδεικνύοντας ότι το σύνθετο σουλφίδιο του νικελίου παράγει περισσότερα ηλεκτρόνια και βελτιώνει το αποτέλεσμα προστασίας της φωτοκαθόδου από το TiO2. Ωστόσο, στο τέλος της έκθεσης, το δυναμικό χωρίς φορτίο αυξάνεται γρήγορα στο δυναμικό χωρίς φορτίο του ανοξείδωτου χάλυβα, υποδεικνύοντας ότι το σουλφίδιο του νικελίου δεν έχει αποτέλεσμα αποθήκευσης ενέργειας. Η επίδραση του αριθμού των κύκλων εναπόθεσης με εμβάπτιση στο δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος μπορεί να παρατηρηθεί στο σχήμα 4α. Σε χρόνο εναπόθεσης 6, το ακραίο δυναμικό του νανοσύνθετου υλικού φτάνει τα -550 mV σε σχέση με το κορεσμένο ηλεκτρόδιο καλομέλανος, και το δυναμικό του νανοσύνθετου υλικού που εναποτίθεται κατά έναν παράγοντα 6 είναι σημαντικά χαμηλότερο από αυτό του νανοσύνθετου υλικού υπό άλλες συνθήκες. Έτσι, τα νανοσύνθετα NiS/TiO2 που ελήφθησαν μετά από 6 κύκλους εναπόθεσης παρείχαν την καλύτερη καθοδική προστασία για ανοξείδωτο χάλυβα 304.
Αλλαγές στην OCP ηλεκτροδίων ανοξείδωτου χάλυβα 304 με νανοσύνθετα NiS/TiO2 (α) και νανοσύνθετα Ag/NiS/TiO2 (β) με και χωρίς φωτισμό (λ > 400 nm).
Όπως φαίνεται στο σχήμα 4β, το δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος του ανοξείδωτου χάλυβα 304 και των νανοσύνθετων Ag/NiS/TiO2 μειώθηκε σημαντικά όταν εκτέθηκε στο φως. Μετά την επιφανειακή εναπόθεση νανοσωματιδίων αργύρου, το δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος μειώθηκε σημαντικά σε σύγκριση με τα καθαρά νανονήματα TiO2. Το δυναμικό του νανοσύνθετου NiS/TiO2 είναι πιο αρνητικό, υποδεικνύοντας ότι η καθοδική προστατευτική επίδραση του TiO2 βελτιώνεται σημαντικά μετά την εναπόθεση νανοσωματιδίων Ag. Το δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος αυξήθηκε ραγδαία στο τέλος της έκθεσης και, σε σύγκριση με το κορεσμένο ηλεκτρόδιο καλομέλανα, το δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος μπορούσε να φτάσει τα -580 mV, το οποίο ήταν χαμηλότερο από αυτό του ανοξείδωτου χάλυβα 304 (-180 mV). Αυτό το αποτέλεσμα δείχνει ότι το νανοσύνθετο έχει αξιοσημείωτο αποτέλεσμα αποθήκευσης ενέργειας μετά την εναπόθεση σωματιδίων αργύρου στην επιφάνειά του. Στο σχήμα 4β φαίνεται επίσης η επίδραση της συγκέντρωσης νιτρικού αργύρου στο δυναμικό ανοιχτού κυκλώματος. Σε συγκέντρωση νιτρικού αργύρου 0,1 M, το περιοριστικό δυναμικό σε σχέση με ένα κορεσμένο ηλεκτρόδιο καλομέλανα φτάνει τα -925 mV. Μετά από 4 κύκλους εφαρμογής, το δυναμικό παρέμεινε στο επίπεδο μετά την πρώτη εφαρμογή, γεγονός που υποδηλώνει την εξαιρετική σταθερότητα του νανοσύνθετου υλικού. Έτσι, σε συγκέντρωση νιτρικού αργύρου 0,1 M, το προκύπτον νανοσύνθετο Ag/NiS/TiO2 έχει την καλύτερη καθοδική προστατευτική δράση στον ανοξείδωτο χάλυβα 304.
Η εναπόθεση NiS στην επιφάνεια των νανοσωλήνων TiO2 βελτιώνεται σταδιακά με την αύξηση του χρόνου εναπόθεσης NiS. Όταν το ορατό φως χτυπά την επιφάνεια του νανοσωλήνα, περισσότερες ενεργές θέσεις θειούχου νικελίου διεγείρονται για να παράγουν ηλεκτρόνια και το δυναμικό φωτοϊονισμού μειώνεται περισσότερο. Ωστόσο, όταν τα νανοσωματίδια θειούχου νικελίου εναποτίθενται υπερβολικά στην επιφάνεια, το διεγερμένο θειούχο νικέλιο μειώνεται, κάτι που δεν συμβάλλει στην απορρόφηση του φωτός. Μετά την εναπόθεση των σωματιδίων αργύρου στην επιφάνεια, λόγω του φαινομένου επιφανειακού πλασμονικού συντονισμού των σωματιδίων αργύρου, τα παραγόμενα ηλεκτρόνια θα μεταφερθούν γρήγορα στην επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα 304, με αποτέλεσμα εξαιρετικό αποτέλεσμα καθοδικής προστασίας. Όταν εναποτίθενται πάρα πολλά σωματίδια αργύρου στην επιφάνεια, τα σωματίδια αργύρου γίνονται σημείο ανασυνδυασμού για φωτοηλεκτρόνια και οπές, κάτι που δεν συμβάλλει στη δημιουργία φωτοηλεκτρονίων. Συμπερασματικά, τα νανοσύνθετα Ag/NiS/TiO2 μπορούν να παρέχουν την καλύτερη καθοδική προστασία για τον ανοξείδωτο χάλυβα 304 μετά από 6πλάσια εναπόθεση θειούχου νικελίου υπό 0,1 M νιτρικού αργύρου.
Η τιμή της πυκνότητας φωτορεύματος αντιπροσωπεύει τη δύναμη διαχωρισμού των φωτοπαραγόμενων ηλεκτρονίων και οπών, και όσο μεγαλύτερη είναι η πυκνότητα φωτορεύματος, τόσο ισχυρότερη είναι η δύναμη διαχωρισμού των φωτοπαραγόμενων ηλεκτρονίων και οπών. Υπάρχουν πολλές μελέτες που δείχνουν ότι το NiS χρησιμοποιείται ευρέως στη σύνθεση φωτοκαταλυτικών υλικών για τη βελτίωση των φωτοηλεκτρικών ιδιοτήτων των υλικών και για τον διαχωρισμό οπών15,16,17,18,19,20. Οι Chen et al. μελέτησαν γραφένιο χωρίς ευγενή μέταλλα και σύνθετα g-C3N4 που τροποποιήθηκαν ταυτόχρονα με NiS15. Η μέγιστη ένταση του φωτορεύματος του τροποποιημένου g-C3N4/0,25%RGO/3%NiS είναι 0,018 μA/cm2. Οι Chen et al. μελέτησαν CdSe-NiS με πυκνότητα φωτορεύματος περίπου 10 µA/cm2.16. Οι Liu et al. συνέθεσαν ένα σύνθετο CdS@NiS με πυκνότητα φωτορεύματος 15 µA/cm218. Ωστόσο, η χρήση του NiS για προστασία φωτοκαθόδου δεν έχει ακόμη αναφερθεί. Στη μελέτη μας, η πυκνότητα φωτορεύματος του TiO2 αυξήθηκε σημαντικά με την τροποποίηση του NiS2. Στο σχήμα 5 φαίνονται οι αλλαγές στην πυκνότητα φωτορεύματος του ανοξείδωτου χάλυβα 304 και των νανοσύνθετων υλικών υπό συνθήκες ορατού φωτός και χωρίς φωτισμό. Όπως φαίνεται στο σχήμα 5α, η πυκνότητα φωτορεύματος του νανοσύνθετου υλικού NiS/TiO2 αυξάνεται ραγδαία τη στιγμή που ανάβει το φως και η πυκνότητα φωτορεύματος είναι θετική, υποδεικνύοντας τη ροή ηλεκτρονίων από το νανοσύνθετο υλικό στην επιφάνεια μέσω του ηλεκτροχημικού σταθμού εργασίας. Ανοξείδωτος χάλυβας 304. Μετά την παρασκευή σύνθετων υλικών θειούχου νικελίου, η πυκνότητα φωτορεύματος είναι μεγαλύτερη από αυτή των καθαρών νανονημάτων TiO2. Η πυκνότητα φωτορεύματος του NiS φτάνει τα 220 μA/cm2, η οποία είναι 6,8 φορές υψηλότερη από αυτή των νανονημάτων TiO2 (32 μA/cm2), όταν το NiS βυθίζεται και εναποτίθεται 6 φορές. Όπως φαίνεται στο σχήμα... Όπως φαίνεται στο Σχήμα 5b, η πυκνότητα φωτορεύματος μεταξύ του νανοσύνθετου Ag/NiS/TiO2 και του ανοξείδωτου χάλυβα 304 ήταν σημαντικά υψηλότερη από ό,τι μεταξύ καθαρού TiO2 και του νανοσύνθετου NiS/TiO2 όταν ενεργοποιήθηκε υπό λάμπα xenon. Στο σχήμα 5b φαίνεται επίσης η επίδραση της συγκέντρωσης AgNO στην πυκνότητα φωτορεύματος κατά τη φωτοαναγωγή. Σε συγκέντρωση νιτρικού αργύρου 0,1 M, η πυκνότητα φωτορεύματος φτάνει τα 410 μA/cm2, η οποία είναι 12,8 φορές υψηλότερη από αυτή των νανοσυρμάτων TiO2 (32 μA/cm2) και 1,8 φορές υψηλότερη από αυτή των νανοσύνθετων NiS/TiO2. Ένα ετεροεπαφικό ηλεκτρικό πεδίο σχηματίζεται στη διεπαφή του νανοσύνθετου Ag/NiS/TiO2, το οποίο διευκολύνει τον διαχωρισμό των φωτοπαραγόμενων ηλεκτρονίων από τις οπές.
Αλλαγές στην πυκνότητα φωτορεύματος ενός ηλεκτροδίου από ανοξείδωτο χάλυβα 304 με (α) νανοσύνθετο NiS/TiO2 και (β) νανοσύνθετο Ag/NiS/TiO2 με και χωρίς φωτισμό (λ > 400 nm).
Έτσι, μετά από 6 κύκλους εμβάπτισης-εναπόθεσης θειούχου νικελίου σε συμπυκνωμένο νιτρικό άργυρο 0,1 M, η πυκνότητα φωτορεύματος μεταξύ των νανοσύνθετων Ag/NiS/TiO2 και του ανοξείδωτου χάλυβα 304 φτάνει τα 410 μA/cm2, η οποία είναι υψηλότερη από αυτή των κορεσμένων ηλεκτροδίων καλομέλανα. Φτάνει τα -925 mV. Υπό αυτές τις συνθήκες, ο ανοξείδωτος χάλυβας 304 σε συνδυασμό με Ag/NiS/TiO2 μπορεί να παρέχει την καλύτερη καθοδική προστασία.
Στο σχήμα 6 φαίνονται εικόνες επιφανειακού ηλεκτρονικού μικροσκοπίου καθαρών νανονημάτων διοξειδίου του τιτανίου, σύνθετων νανοσωματιδίων σουλφιδίου νικελίου και νανοσωματιδίων αργύρου υπό βέλτιστες συνθήκες. Στα σχήματα 6α, δ φαίνονται καθαρά νανονήματα TiO2 που λαμβάνονται με μονοβάθμια ανοδίωση. Η επιφανειακή κατανομή των νανονημάτων διοξειδίου του τιτανίου είναι ομοιόμορφη, οι δομές των νανονημάτων είναι κοντά η μία στην άλλη και η κατανομή μεγέθους πόρων είναι ομοιόμορφη. Τα σχήματα 6β και ε είναι ηλεκτρονικές μικρογραφίες διοξειδίου του τιτανίου μετά από 6πλό εμποτισμό και εναπόθεση σύνθετων υλικών σουλφιδίου νικελίου. Από μια εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου μεγεθυμένη 200.000 φορές στο σχήμα 6ε, μπορεί να φανεί ότι τα σύνθετα νανοσωματίδια σουλφιδίου νικελίου είναι σχετικά ομοιογενή και έχουν μεγάλο μέγεθος σωματιδίων περίπου 100-120 nm σε διάμετρο. Ορισμένα νανοσωματίδια μπορούν να παρατηρηθούν στη χωρική θέση των νανονημάτων και τα νανονήματα διοξειδίου του τιτανίου είναι καθαρά ορατά. Στο σχήμα Τα Σχήματα 6c, f δείχνουν εικόνες ηλεκτρονικού μικροσκοπίου νανοσύνθετων NiS/TiO2 σε συγκέντρωση AgNO 0,1 M. Σε σύγκριση με τα Σχήματα 6b και 6e, τα Σχήματα 6c και 6f δείχνουν ότι τα νανοσωματίδια Ag εναποτίθενται στην επιφάνεια του σύνθετου υλικού, με τα νανοσωματίδια Ag ομοιόμορφα κατανεμημένα με διάμετρο περίπου 10 nm. Στο Σχήμα 7 φαίνεται μια διατομή νανοφίλμ Ag/NiS/TiO2 που υποβλήθηκαν σε 6 κύκλους εναπόθεσης NiS με εμβάπτιση σε συγκέντρωση AgNO3 0,1 M. Από εικόνες υψηλής μεγέθυνσης, το μετρούμενο πάχος της μεμβράνης ήταν 240-270 nm. Έτσι, νανοσωματίδια νικελίου και θειούχου αργύρου συναρμολογούνται στην επιφάνεια νανονημάτων TiO2.
Καθαρό TiO2 (a, d), νανοσύνθετα NiS/TiO2 με 6 κύκλους εναπόθεσης NiS με εμβάπτιση (b, e) και Ag/NiS/NiS με 6 κύκλους εναπόθεσης NiS με εμβάπτιση σε εικόνες SEM 0,1 M AgNO3 νανοσύνθετων TiO2 (c, e).
Διατομή νανοϋμενίων Ag/NiS/TiO2 που υποβλήθηκαν σε 6 κύκλους εναπόθεσης NiS με εμβάπτιση σε συγκέντρωση AgNO3 0,1 M.
Στο σχήμα 8 φαίνεται η επιφανειακή κατανομή των στοιχείων στην επιφάνεια των νανοσύνθετων Ag/NiS/TiO2 που ελήφθησαν από 6 κύκλους εναπόθεσης με εμβάπτιση θειούχου νικελίου σε συγκέντρωση νιτρικού αργύρου 0,1 M. Η επιφανειακή κατανομή των στοιχείων δείχνει ότι ανιχνεύθηκαν Ti, O, Ni, S και Ag χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία ενέργειας. Όσον αφορά την περιεκτικότητα, το Ti και το O είναι τα πιο συνηθισμένα στοιχεία στην κατανομή, ενώ το Ni και το S είναι περίπου τα ίδια, αλλά η περιεκτικότητά τους είναι πολύ χαμηλότερη από το Ag. Μπορεί επίσης να αποδειχθεί ότι η ποσότητα των επιφανειακών σύνθετων νανοσωματιδίων αργύρου είναι μεγαλύτερη από αυτή του θειούχου νικελίου. Η ομοιόμορφη κατανομή των στοιχείων στην επιφάνεια υποδεικνύει ότι το νικέλιο και το θειούχο άργυρο είναι ομοιόμορφα συνδεδεμένα στην επιφάνεια των νανοσωλήνων TiO2. Πραγματοποιήθηκε επιπλέον φασματοσκοπική ανάλυση φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ για την ανάλυση της συγκεκριμένης σύνθεσης και της κατάστασης σύνδεσης των ουσιών.
Κατανομή στοιχείων (Ti, O, Ni, S και Ag) νανοσύνθετων υλικών Ag/NiS/TiO2 σε συγκέντρωση AgNO3 0,1 M για 6 κύκλους εναπόθεσης NiS με εμβάπτιση.
Στο σχήμα 9, το Σχήμα 9 δείχνει τα φάσματα XPS των νανοσύνθετων Ag/NiS/TiO2 που ελήφθησαν χρησιμοποιώντας 6 κύκλους εναπόθεσης θειούχου νικελίου με εμβάπτιση σε 0,1 M AgNO3, όπου το σχήμα 9α είναι το πλήρες φάσμα και τα υπόλοιπα φάσματα είναι φάσματα υψηλής ανάλυσης των στοιχείων. Όπως φαίνεται από το πλήρες φάσμα στο Σχήμα 9α, βρέθηκαν κορυφές απορρόφησης Ti, O, Ni, S και Ag στο νανοσύνθετο, γεγονός που αποδεικνύει την ύπαρξη αυτών των πέντε στοιχείων. Τα αποτελέσματα των δοκιμών ήταν σύμφωνα με το EDS. Η περίσσεια κορυφής στο Σχήμα 9α είναι η κορυφή άνθρακα που χρησιμοποιήθηκε για τη διόρθωση της ενέργειας σύνδεσης του δείγματος. Στο σχήμα 9β, το φάσμα ενέργειας υψηλής ανάλυσης του Ti. Οι κορυφές απορρόφησης των τροχιακών 2p βρίσκονται στα 459,32 και 465 eV, οι οποίες αντιστοιχούν στην απορρόφηση των τροχιακών Ti2p3/2 και Ti2p1/2. Δύο κορυφές απορρόφησης αποδεικνύουν ότι το τιτάνιο έχει σθένος Ti4+, το οποίο αντιστοιχεί στο Ti σε TiO2.
Φάσματα XPS μετρήσεων Ag/NiS/TiO2 (α) και φάσματα XPS υψηλής ανάλυσης των Ti2p(b), O1s(c), Ni2p(d), S2p(e) και Ag 3d(f).
Στο σχήμα 9δ φαίνεται ένα φάσμα ενέργειας Ni υψηλής ανάλυσης με τέσσερις κορυφές απορρόφησης για το τροχιακό Ni 2p. Οι κορυφές απορρόφησης στα 856 και 873,5 eV αντιστοιχούν στα τροχιακά Ni 2p3/2 και Ni 2p1/2 8,10, όπου οι κορυφές απορρόφησης ανήκουν στο NiS. Οι κορυφές απορρόφησης στα 881 και 863 eV αφορούν το νιτρικό νικέλιο και προκαλούνται από το αντιδραστήριο νιτρικού νικελίου κατά την προετοιμασία του δείγματος. Στο σχήμα 9ε φαίνεται ένα φάσμα S υψηλής ανάλυσης. Οι κορυφές απορρόφησης των τροχιακών S 2p βρίσκονται στα 161,5 και 168,1 eV, τα οποία αντιστοιχούν στα τροχιακά S 2p3/2 και S 2p1/2 21, 22, 23, 24. Αυτές οι δύο κορυφές ανήκουν σε ενώσεις σουλφιδίου νικελίου. Οι κορυφές απορρόφησης στα 169,2 και 163,4 eV αφορούν το αντιδραστήριο σουλφιδίου νατρίου. Στο σχήμα Το Σχήμα 9f δείχνει ένα φάσμα Ag υψηλής ανάλυσης στο οποίο οι τρισδιάστατες τροχιακές κορυφές απορρόφησης του αργύρου βρίσκονται στα 368,2 και 374,5 eV, αντίστοιχα, και δύο κορυφές απορρόφησης αντιστοιχούν στις τροχιές απορρόφησης των Ag 3d5/2 και Ag 3d3/212, 13. Οι κορυφές σε αυτά τα δύο σημεία αποδεικνύουν ότι τα νανοσωματίδια αργύρου υπάρχουν στην κατάσταση του στοιχειακού αργύρου. Έτσι, τα νανοσύνθετα αποτελούνται κυρίως από Ag, NiS και TiO2, κάτι που προσδιορίστηκε με φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων Χ, η οποία απέδειξε ότι τα νανοσωματίδια νικελίου και θειούχου αργύρου συνδυάστηκαν με επιτυχία στην επιφάνεια νανονημάτων TiO2.
Στο σχήμα 10 φαίνονται τα φάσματα διάχυτης ανάκλασης UV-VIS φρεσκοπαρασκευασμένων νανονημάτων TiO2, νανοσύνθετων υλικών NiS/TiO2 και νανοσύνθετων υλικών Ag/NiS/TiO2. Από το σχήμα φαίνεται ότι το όριο απορρόφησης των νανονημάτων TiO2 είναι περίπου 390 nm και το απορροφούμενο φως συγκεντρώνεται κυρίως στην υπεριώδη περιοχή. Από το σχήμα φαίνεται ότι μετά τον συνδυασμό νανοσωματιδίων νικελίου και θειούχου αργύρου στην επιφάνεια των νανονημάτων διοξειδίου του τιτανίου 21, 22, το απορροφημένο φως διαδίδεται στην περιοχή του ορατού φωτός. Ταυτόχρονα, το νανοσύνθετο έχει αυξημένη απορρόφηση UV, η οποία σχετίζεται με ένα στενό χάσμα ζώνης θειούχου νικελίου. Όσο στενότερο είναι το χάσμα ζώνης, τόσο χαμηλότερο είναι το ενεργειακό φράγμα για ηλεκτρονικές μεταβάσεις και τόσο υψηλότερος είναι ο βαθμός αξιοποίησης του φωτός. Μετά την ένωση της επιφάνειας NiS/TiO2 με νανοσωματίδια αργύρου, η ένταση απορρόφησης και το μήκος κύματος του φωτός δεν αυξήθηκαν σημαντικά, κυρίως λόγω της επίδρασης του πλασμονικού συντονισμού στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων αργύρου. Το μήκος κύματος απορρόφησης των νανοσωλήνων TiO2 δεν βελτιώνεται σημαντικά σε σύγκριση με το στενό ενεργειακό χάσμα των σύνθετων νανοσωματιδίων NiS. Συνοψίζοντας, μετά την τοποθέτηση σύνθετων νανοσωματιδίων θειούχου νικελίου και αργύρου στην επιφάνεια των νανοσωλήνων διοξειδίου του τιτανίου, τα χαρακτηριστικά απορρόφησης φωτός βελτιώνονται σημαντικά και το εύρος απορρόφησης φωτός επεκτείνεται από την υπεριώδη έως την ορατή ακτινοβολία, γεγονός που βελτιώνει τον ρυθμό αξιοποίησης των νανοσωλήνων διοξειδίου του τιτανίου.
Φάσματα διάχυτης ανάκλασης UV/Vis φρέσκων νανονημάτων TiO2, νανοσύνθετων υλικών NiS/TiO2 και νανοσύνθετων υλικών Ag/NiS/TiO2.
Στο σχήμα 11 φαίνεται ο μηχανισμός της φωτοχημικής αντοχής στη διάβρωση των νανοσύνθετων υλικών Ag/NiS/TiO2 υπό την ακτινοβολία ορατού φωτός. Με βάση την κατανομή δυναμικού των νανοσωματιδίων αργύρου, του θειούχου νικελίου και της ζώνης αγωγιμότητας του διοξειδίου του τιτανίου, προτείνεται ένας πιθανός χάρτης του μηχανισμού αντοχής στη διάβρωση. Επειδή το δυναμικό ζώνης αγωγιμότητας του νανοσύνθετου υλικού είναι αρνητικό σε σύγκριση με το θειούχο νικέλιο, και το δυναμικό ζώνης αγωγιμότητας του θειούχου νικελίου είναι αρνητικό σε σύγκριση με το διοξείδιο του τιτανίου, η κατεύθυνση της ροής ηλεκτρονίων είναι περίπου Ag→NiS→TiO2→304 από ανοξείδωτο χάλυβα. Όταν το φως ακτινοβολείται στην επιφάνεια του νανοσύνθετου υλικού, λόγω της επίδρασης του επιφανειακού πλασμονικού συντονισμού του νανοσύνθετου υλικού, το νανοσύνθετο υλικό μπορεί να δημιουργήσει γρήγορα φωτογενείς οπές και ηλεκτρόνια, και τα φωτογενή ηλεκτρόνια μετακινούνται γρήγορα από τη θέση της ζώνης σθένους στη θέση της ζώνης αγωγιμότητας λόγω διέγερσης. Διοξείδιο του τιτανίου και θειούχο νικέλιο. Δεδομένου ότι η αγωγιμότητα των νανοσωματιδίων αργύρου είναι πιο αρνητική από αυτή του θειούχου νικελίου, τα ηλεκτρόνια στα TS των νανοσωματιδίων αργύρου μετατρέπονται γρήγορα σε TS θειούχου νικελίου. Το δυναμικό αγωγιμότητας του θειούχου νικελίου είναι πιο αρνητικό από αυτό του διοξειδίου του τιτανίου, επομένως τα ηλεκτρόνια του θειούχου νικελίου και η αγωγιμότητα του αργύρου συσσωρεύονται γρήγορα στο CB του διοξειδίου του τιτανίου. Τα παραγόμενα φωτοπαραγόμενα ηλεκτρόνια φτάνουν στην επιφάνεια του ανοξείδωτου χάλυβα 304 μέσω της μήτρας τιτανίου και τα εμπλουτισμένα ηλεκτρόνια συμμετέχουν στη διαδικασία καθοδικής αναγωγής οξυγόνου του ανοξείδωτου χάλυβα 304. Αυτή η διαδικασία μειώνει την καθοδική αντίδραση και ταυτόχρονα καταστέλλει την ανοδική αντίδραση διάλυσης του ανοξείδωτου χάλυβα 304, επιτυγχάνοντας έτσι την καθοδική προστασία του ανοξείδωτου χάλυβα 304. Λόγω του σχηματισμού του ηλεκτρικού πεδίου της ετεροεπαφής στο νανοσύνθετο Ag/NiS/TiO2, το αγώγιμο δυναμικό του νανοσύνθετου μετατοπίζεται σε μια πιο αρνητική θέση, γεγονός που βελτιώνει πιο αποτελεσματικά το αποτέλεσμα καθοδικής προστασίας του ανοξείδωτου χάλυβα 304.
Σχηματικό διάγραμμα της φωτοηλεκτροχημικής αντιδιαβρωτικής διεργασίας νανοσύνθετων υλικών Ag/NiS/TiO2 σε ορατό φως.
Σε αυτή την εργασία, συντέθηκαν νανοσωματίδια θειούχου νικελίου και αργύρου στην επιφάνεια νανονημάτων TiO2 με μια απλή μέθοδο εμβάπτισης και φωτοαναγωγής. Πραγματοποιήθηκε μια σειρά μελετών σχετικά με την καθοδική προστασία νανοσύνθετων Ag/NiS/TiO2 σε ανοξείδωτο χάλυβα 304. Με βάση τα μορφολογικά χαρακτηριστικά, την ανάλυση της σύνθεσης και την ανάλυση των χαρακτηριστικών απορρόφησης φωτός, εξήχθησαν τα ακόλουθα κύρια συμπεράσματα:
Με έναν αριθμό κύκλων εμποτισμού-εναπόθεσης θειούχου νικελίου 6 και συγκέντρωση νιτρικού αργύρου για φωτοαναγωγή 0,1 mol/l, τα νανοσύνθετα Ag/NiS/TiO2 που προέκυψαν είχαν καλύτερη καθοδική προστατευτική επίδραση στον ανοξείδωτο χάλυβα 304. Σε σύγκριση με ένα κορεσμένο ηλεκτρόδιο καλομέλανα, το δυναμικό προστασίας φτάνει τα -925 mV και το ρεύμα προστασίας φτάνει τα 410 μA/cm2.
Ένα ετεροεπαφικό ηλεκτρικό πεδίο σχηματίζεται στη διεπαφή του νανοσύνθετου υλικού Ag/NiS/TiO2, το οποίο βελτιώνει την ικανότητα διαχωρισμού των φωτοπαραγόμενων ηλεκτρονίων και οπών. Ταυτόχρονα, αυξάνεται η απόδοση αξιοποίησης του φωτός και το εύρος απορρόφησης του φωτός επεκτείνεται από την υπεριώδη περιοχή στην ορατή περιοχή. Το νανοσύνθετο υλικό θα διατηρήσει την αρχική του κατάσταση με καλή σταθερότητα μετά από 4 κύκλους.
Τα πειραματικά παρασκευασμένα νανοσύνθετα Ag/NiS/TiO2 έχουν ομοιόμορφη και πυκνή επιφάνεια. Τα νανοσωματίδια θειούχου νικελίου και αργύρου είναι ομοιόμορφα ενωμένα στην επιφάνεια των νανοσωματιδίων TiO2. Τα σύνθετα νανοσωματίδια φερρίτη κοβαλτίου και αργύρου είναι υψηλής καθαρότητας.
Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Επίδραση φωτοκαθοδικής προστασίας μεμβρανών TiO2 για ανθρακούχο χάλυβα σε διαλύματα 3% NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Επίδραση φωτοκαθοδικής προστασίας μεμβρανών TiO2 για ανθρακούχο χάλυβα σε διαλύματα 3% NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Φωτογραφικό φαινόμενο για πλέγμα TiO2 σε 3% διαλύματα NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Επίδραση προστασίας φωτοκαθόδου μεμβρανών TiO2 για ανθρακούχο χάλυβα σε διαλύματα 3% NaCl. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN TiO2 薄膜在3% NaCl 溶液中对碳钢的光阴极保护效果。 Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN TiO2 薄膜在3% NaCl 溶液中对碳钢的光阴极保护效果。 Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN. Li, MC, Luo, SZ, Wu, PF & Shen, JN Φωτοκαθοδική προστασία ανθρακούχου χάλυβα με λεπτές μεμβράνες TiO2 σε διάλυμα 3% NaCl.Ηλεκτροχημεία. Acta 50, 3401–3406 (2005).
Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG Φωτογενής καθοδική προστασία μεμβράνης TiO2 με νανοδομή, σε μορφή άνθους, σε ανοξείδωτο χάλυβα. Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG Φωτογενής καθοδική προστασία μεμβράνης TiO2 με νανοδομή, σε μορφή άνθους, σε ανοξείδωτο χάλυβα.Lee, J., Lin, SJ, Lai, YK και Du, RG Φωτογενής καθοδική προστασία μιας νανοδομημένης, προσμειωμένης με άζωτο μεμβράνης TiO2 σε μορφή λουλουδιού σε ανοξείδωτο χάλυβα. Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG 花状纳米结构N 掺杂TiO2 薄膜在不锈钢上的光生阴极保护、 Li, J., Lin, CJ, Lai, YK & Du, RG.Lee, J., Lin, SJ, Lai, YK και Du, RG Φωτογενής καθοδική προστασία λεπτών μεμβρανών TiO2 σε σχήμα άνθους με πρόσμιξη αζώτου σε ανοξείδωτο χάλυβα με νανοδομή.σερφ Ένα παλτό. τεχνολογία 205, 557–564 (2010).
Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. Ιδιότητες φωτοπαραγόμενης προστασίας καθόδου νανοεπικάλυψης TiO2/WO3. Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. Ιδιότητες φωτοπαραγόμενης προστασίας καθόδου νανοεπικάλυψης TiO2/WO3.Zhou, MJ, Zeng, ZO και Zhong, L. Φωτογενείς καθοδικές προστατευτικές ιδιότητες νανοεπικάλυψης TiO2/WO3. Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. 纳米TiO2/WO3 涂层的光生阴极保护性能。 Zhou, MJ, Zeng, ZO & Zhong, L. 纳米TiO2/WO3 涂层的光生阴极保护性能。Zhou MJ, Zeng ZO και Zhong L. Φωτογενείς καθοδικές προστατευτικές ιδιότητες επιστρώσεων νανο-TiO2/WO3.koros. η επιστήμη. 51, 1386–1397 (2009).
Park, H., Kim, KY & Choi, W. Φωτοηλεκτροχημική προσέγγιση για την πρόληψη της διάβρωσης μετάλλων χρησιμοποιώντας φωτοάνοδο ημιαγωγού. Park, H., Kim, KY & Choi, W. Φωτοηλεκτροχημική προσέγγιση για την πρόληψη της διάβρωσης μετάλλων χρησιμοποιώντας φωτοάνοδο ημιαγωγού.Park, H., Kim, K.Yu. και Choi, V. Μια φωτοηλεκτροχημική προσέγγιση για την πρόληψη της διάβρωσης μετάλλων χρησιμοποιώντας μια φωτοάνοδο ημιαγωγού. Park, H., Kim, KY & Choi, W. 使用半导体光阳极防止金属腐蚀的光电化学方法。 Παρκ, Χ., Κιμ, Κεντάκι και Τσόι, Γ.Park H., Kim K.Yu. και Choi V. Φωτοηλεκτροχημικές μέθοδοι για την πρόληψη της διάβρωσης μετάλλων χρησιμοποιώντας φωτοανόδους ημιαγωγών.J. Physics. Chemical. Τεύχος 106, 4775–4781 (2002).
Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Μελέτη μιας υδρόφοβης νανο-TiO2 επίστρωσης και των ιδιοτήτων της για την προστασία μετάλλων από τη διάβρωση. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Μελέτη μιας υδρόφοβης νανο-TiO2 επίστρωσης και των ιδιοτήτων της για την προστασία μετάλλων από τη διάβρωση. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Διερεύνηση μιας υδρόφοβης επίστρωσης νανο-TiO2 και των ιδιοτήτων της για την προστασία μετάλλων από τη διάβρωση. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. 疏水纳米二氧化钛涂层及其金属腐蚀防护性能纳米二氧化钛涂层及其金属腐蚀防护性能纽 Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Μελέτη της επίστρωσης νανοδιοξειδίου του τιτανίου 疵水 και των ιδιοτήτων προστασίας από τη διάβρωση των μετάλλων. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Shen, GX, Chen, YC, Lin, L., Lin, CJ & Scantlebury, D. Υδρόφοβες επιστρώσεις νανο-TiO2 και οι ιδιότητες προστασίας από τη διάβρωση για μέταλλα.Ηλεκτροχημεία. Acta 50, 5083–5089 (2005).
Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Μελέτη σχετικά με τις επιστρώσεις νανο-TiO2 τροποποιημένες με N, S και Cl για την προστασία από τη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Μελέτη σχετικά με τις επιστρώσεις νανο-TiO2 τροποποιημένες με N, S και Cl για την προστασία από τη διάβρωση του ανοξείδωτου χάλυβα.Yun, H., Li, J., Chen, HB και Lin, SJ Διερεύνηση επιστρώσεων νανο-TiO2 τροποποιημένων με άζωτο, θείο και χλώριο για προστασία από τη διάβρωση ανοξείδωτου χάλυβα. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ N、S 和Cl 改性纳米二氧化钛涂层用于不锈钢腐蚀防护穄纳米二氧化钛涂层用于不锈钢腐蚀防护穄穄 Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ N, S και Cl Yun. Yun, H., Li, J., Chen, HB & Lin, CJ Επιστρώσεις N, S και Cl τροποποιημένες με νανο-TiO2 για προστασία από τη διάβρωση ανοξείδωτου χάλυβα.Ηλεκτροχημεία. Τόμος 52, 6679–6685 (2007).
Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Ιδιότητες φωτοκαθοδικής προστασίας τρισδιάστατων μεμβρανών δικτύου νανονημάτων τιτανίου που παρασκευάστηκαν με συνδυασμένη μέθοδο sol-gel και υδροθερμικής μεθόδου. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Ιδιότητες φωτοκαθοδικής προστασίας τρισδιάστατων μεμβρανών δικτύου νανονημάτων τιτανίου που παρασκευάστηκαν με συνδυασμένη μέθοδο sol-gel και υδροθερμικής μεθόδου. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Φωτοκαθοδικές προστατευτικές ιδιότητες τρισδιάστατων μεμβρανών δικτύου από νανονήματα τιτανίου που παρασκευάστηκαν με συνδυασμένη μέθοδο sol-gel και υδροθερμικής μεθόδου. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ溶胶-凝胶和水热法制备三维钛酸盐纳米线网络薄膜的光阴极保护性能。 Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ. Οι προστατευτικές ιδιότητες του 消铺-铲和水热法发气小水小水化用线线电视电器电影电影电影电影. Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Zhu, YF, Du, RG, Chen, W., Qi, HQ & Lin, CJ Ιδιότητες φωτοκαθοδικής προστασίας τρισδιάστατων λεπτών μεμβρανών δικτύου νανονημάτων τιτανίου που παρασκευάζονται με μεθόδους sol-gel και υδροθερμικές μεθόδους.Ηλεκτροχημεία. communication 12, 1626–1629 (2010).
Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. Ένα φωτοκαταλυτικό σύστημα TiO2 ευαισθητοποιημένου με NiS σε ετεροεπαφή pn για αποτελεσματική φωτοαναγωγή διοξειδίου του άνθρακα σε μεθάνιο. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. Ένα φωτοκαταλυτικό σύστημα TiO2 ευαισθητοποιημένου με NiS σε ετεροεπαφή pn ​​για αποτελεσματική φωτοαναγωγή διοξειδίου του άνθρακα σε μεθάνιο.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM, και Kang, M. Ένα φωτοκαταλυτικό σύστημα TiO2 ευαισθητοποιημένου με pn-ετεροεπαφή NiS για αποτελεσματική φωτοαναγωγή διοξειδίου του άνθρακα σε μεθάνιο. Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M. 一种pn 异质结NiS 敏化TiO2光催化系统，用于将二氧化碳高效光还原为甲烷。 Lee, JH, Kim, SI, Park, SM & Kang, M.Lee, JH, Kim, SI, Park, SM, και Kang, M. Ένα φωτοκαταλυτικό σύστημα TiO2 ευαισθητοποιημένου με pn-ετεροεπαφή NiS για αποτελεσματική φωτοαναγωγή διοξειδίου του άνθρακα σε μεθάνιο.κεραμικά. Ερμηνεία. 43, 1768–1774 (2017).
Wang, QZ et al. Τα CuS και NiS δρουν ως συν-καταλύτες για την ενίσχυση της φωτοκαταλυτικής έκλυσης υδρογόνου στο TiO2. Ερμηνεία. J.Hydro. Energy 39, 13421–13428 (2014).
Liu, Y. & Tang, C. Ενίσχυση της φωτοκαταλυτικής έκλυσης H2 σε νανοφύλλα TiO2 με νανοσωματίδια NiS2 επιφανειακής φόρτισης. Liu, Y. & Tang, C. Ενίσχυση της φωτοκαταλυτικής έκλυσης H2 σε νανοφύλλα TiO2 με νανοσωματίδια NiS2 επιφανειακής φόρτισης.Liu, Y. και Tang, K. Ενίσχυση της φωτοκαταλυτικής απελευθέρωσης H2 σε μεμβράνες νανοφύλλων TiO2 με επιφανειακή φόρτωση νανοσωματιδίων NiS2. Liu, Y. & Tang, C. 通过表面负载NiS 纳米颗粒增强TiO2 纳米片薄膜上的光催化产氢。 Λιού, Γ. & Τανγκ, Κ.Liu, Y. και Tang, K. Βελτιωμένη φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου σε λεπτές μεμβράνες νανοφύλλων TiO2 με εναπόθεση νανοσωματιδίων NiS2 στην επιφάνεια.las. J. Physics. Chemical. A 90, 1042–1048 (2016).
Huang, XW & Liu, ZJ Συγκριτική μελέτη της δομής και των ιδιοτήτων μεμβρανών νανοσύρματος με βάση το Ti-O που παρασκευάστηκαν με μεθόδους ανοδίωσης και χημικής οξείδωσης. Huang, XW & Liu, ZJ Συγκριτική μελέτη της δομής και των ιδιοτήτων μεμβρανών νανοσύρματος με βάση το Ti-O που παρασκευάστηκαν με μεθόδους ανοδίωσης και χημικής οξείδωσης. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнительное исследование структуры и свойств пленок нанопроводов на основе Ti-O, полученных методами анодирования и химического окисления. Huang, XW & Liu, ZJ Μια συγκριτική μελέτη της δομής και των ιδιοτήτων των μεμβρανών νανοσωλήνων Ti-O που λαμβάνονται με μεθόδους ανοδίωσης και χημικής οξείδωσης. Huang, XW & Liu, ZJ 阳极氧化法和化学氧化法制备的Ti-O 基纳米线薄蔜结构和性能的 Huang, XW & Liu, ZJ 阳极oxidation法和chemicaloxidation法preparation的Ti-O基基基小线δομή λεπτής μεμβράνης和ιδιοτήτων的συγκριτική έρευνα. Huang, XW & Liu, ZJ Сравнительное исследование структуры и свойств тонких пленок из нанопроволоки на основе Ti-O, полученных анодированием и химическим окислением. Huang, XW & Liu, ZJ Μια συγκριτική μελέτη της δομής και των ιδιοτήτων λεπτών μεμβρανών νανοσωλήνων Ti-O που παρασκευάζονται με ανοδίωση και χημική οξείδωση.J. Alma mater. science technology 30, 878–883 (2014).
Οι Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag και SnO2 συνευαισθητοποίησαν φωτοανόδους TiO2 για την προστασία του 304SS υπό ορατό φως. Οι Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag και SnO2 συνευαισθητοποίησαν φωτοανόδους TiO2 για την προστασία του 304SS υπό ορατό φως. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag και SnO2 συμμετείχαν στην ευαισθησία του TiO2 για το 304SS στο βλέμμα του κόσμου. Οι Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag και SnO2 συνευαισθητοποίησαν φωτοανόδους TiO2 για την προστασία του 304SS στο ορατό φως. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Ag 和SnO2 共敏化TiO2 光阳极，用于在可见光下保护304SS。 Λι, Χ., Γουάνγκ, ΞΤ, Λιού, Γ. & Χου, BR Ag Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Фотоанод TiO2, ενσωματώθηκε σε ευαισθητοποίηση Ag και SnO2, για 304SS σε βλέπε κόσμο. Li, H., Wang, XT, Liu, Y. & Hou, BR Φωτοάνοδος TiO2 συνευαισθητοποιημένη με Ag και SnO2 για θωράκιση του 304SS από το ορατό φως.koros. η επιστήμη. 82, 145–153 (2014).
Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag και νανοσύρμα TiO2 συν-ευαισθητοποιημένο με CoFe2O4 για φωτοκαθοδική προστασία 304 SS υπό ορατό φως. Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag και νανοσύρμα TiO2 συν-ευαισθητοποιημένο με CoFe2O4 για φωτοκαθοδική προστασία 304 SS υπό ορατό φως.Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. και Howe, BR Ag και CoFe2O4 συν-ευαισθητοποιήθηκαν με νανοσύρμα TiO2 για προστασία φωτοκαθόδου 304 SS στο ορατό φως. Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR Ag 和CoFe2O4 共敏化TiO2 纳米线，用于在可见光下对304 SS 进衡 Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. & Hou, BR AgΟι Wen, ZH, Wang, N., Wang, J. και Howe, BR Ag και CoFe2O4 συν-ευαισθητοποίησαν νανονήματα TiO2 για προστασία φωτοκαθόδου 304 SS στο ορατό φως.Ερμηνεία. J. Electrochemistry. the science. 13, 752–761 (2018).
Bu, YY & Ao, JP Μια ανασκόπηση των λεπτών μεμβρανών ημιαγωγών φωτοηλεκτροχημικής καθοδικής προστασίας για μέταλλα. Bu, YY & Ao, JP Μια ανασκόπηση σχετικά με τη φωτοηλεκτροχημική καθοδική προστασία λεπτών ημιαγωγικών μεμβρανών για μέταλλα. Bu, YY & Ao, JP Obzor фотоэлектрохимической катодной защиты тонких полупроводниковых пленок для металлов. Bu, YY & Ao, JP Ανασκόπηση της φωτοηλεκτροχημικής καθοδικής προστασίας λεπτών ημιαγωγικών μεμβρανών για μέταλλα. Bu, YY & Ao, JP 金属光电化学阴极保护半导体薄膜综述。 Bu, YY & Ao, JP metallization 光电视光阴极电影电影电影电视设计。 Bu, YY & Ao, JP Обзор металлической фотоэлектрохимической катодной защиты тонких полупроводниковых пленок. Bu, YY & Ao, JP Μια ανασκόπηση της μεταλλικής φωτοηλεκτροχημικής καθοδικής προστασίας λεπτών ημιαγωγικών μεμβρανών.Ένα περιβάλλον πράσινης ενέργειας. 2, 331–362 (2017).